Quantum thermodynamics, spintronics and zero modestatistics in topological matter
Topolojik malzemelerde kuantum termodinamik ve spintronik uygulamalar ve sıfır mod istatistiği
- Tez No: 683446
- Danışmanlar: PROF. DR. İNANÇ ADAGİDELİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezin amacı, topolojik sistemlerde yük ve spin dinamiklerini, kuantum termodinamik ve spintronik uygulamalar ve kuantum kaos açısından incelemektir. Özellikle, spin-momentum kilitleme özelliğine sahip topolojik sistemleri kullanarak Maxwell'in cini temelli motor uygulamaları için yeni bir yol öneriyoruz. Maxwell'in cini için hafıza kaynağı olarak, genellikle cihazda doğal olarak bulunan nükleer spinleri ve/veya katkılama yoluyla yerleştirilebilen manyetik safsızlık spinleri içeren bir“spin sistemi”kullanıyoruz. Bu Maxwell'in cini uygulamasının önemi, hafıza boyutunun ölçeklenebilirliğidir. İki farklı sistemde iki yeni Maxwell'in cini uygulamasını tanıtıyoruz. İlk sistem, Maxwell'in cini hafızasının sahip olduğu bilgi entropisinin kullanılabilir serbest enerjiye dönüştürülmesini ima eden kuantum bilgi motoru dediğimiz, nükleer spinlerin varlığında bir kuantum spin Hall yalıtkanıdır. Kuantum bilgi motorunda ısı ve yük aktarımını araştırıyor ve hafıza silme ve iş çıkarma protokolünü açıklıyoruz. Örgülü kuantum bilgi motoru dediğimiz ikinci sistem ise, farklı spin ve kiralitelere sahip iki kuantum anormal Hall yalıtkanına bağlı bir kuantum spin Hall yalıtkanından oluşan karma bir sistemdir. Bu sistemin kendine has özelliği, yalnızca Landauer'in sınırında çalışması ve bunun sayesinde daha yüksek verimlilik ve daha yoğun enerji depolama kapasitesi sağlaması değil, aynı zamanda ideal bir memristör olarak ek işlevsellik sunmasıdır. Bundan sonra tartışmayı, manyetik olmayan safsızlık saçılmasından kaynaklı enerji kaybına yol açabilen, spin-momentum kilitli yüzey durumları içeren üç boyutlu topolojik yalıtkanlara genişletiyoruz. Son olarak, Majorana sıfır modlarını barındıran topolojik süperiletkenlerin fermiyonparite geçişlerinin tayfını, tayfsal geometri ve rastlantısal matris kuramı açısından inceliyoruz ve bu tayfın, topolojik süperiletkenin şekline bağlı olduğunu ve yine bu tayfın, kaotik şekilleri tümlevlenebilir şekillerden ayırt edebildiğini buluyoruz.
Özet (Çeviri)
The aim of this thesis is to explore the charge and spin dynamics in topological systems from the point of view of quantum thermodynamics, spintronics and quantum chaos. In particular, we propose and investigate a novel way of implementing Maxwell's demon engines by using topological systems that feature spin-momentum locking. As a memory resource for Maxwell's demon, we utilize a“spin bath”that usually includes the nuclear spins which are naturally present in the device and/or magnetic impurities introduced via doping. The significance of this Maxwell's demon implementation is its scalability of the memory size. We introduce two novel Maxwell's demon implementations on two different setups. The first setup is a quantum spin Hall insulator in the presence of nuclear spins, which we call a quantum information engine, alluding to conversion of information entropy of the Maxwell's demon memory into usable free energy. We investigate heat and charge transport in quantum information engine and describe the protocol for memory erasure and work extraction. The second setup is a hybrid system, composed of a quantum spin Hall insulator connected to two quantum anomalous Hall insulators with different spins and chiralities. The distinctive feature of this setup is that it not only operates at the Landauer's limit, providing higher efficiency and denser energy storage capability at weak couplings, but it also provides additional functionality via its memristive response. Furthermore, we extend the discussion to three dimensional topological insulators, featuring spin-momentum locked surface states that allow dissipative nonmagnetic impurity scattering. Finally, we study the spectra of fermion-parity switches in topological superconductors that host Majorana zero modes from the perspective of spectral geometry and random matrix theory and show that these spectra depend on the geometrical shape of the topological superconductor and can distinguish chaotic shapes from integrable shapes.
Benzer Tezler
- Ni-B ikili alaşım sisteminde Ni zengin bazı ara fazların manyetik özellikleri
Magnetic properties of some Ni rich intermediate phases in Ni-B binary alloy system
R.HALUK MUTLU
Doktora
Türkçe
1987
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARSIN AYDINURAZ
- Parçacık dedektörleri
Başlık çevirisi yok
EMEL BAŞARAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Fizik ve Fizik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLSEN ÖNENGÜT
- CO lazerleri
CO lasers
ŞEREF TURHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. ATİLLA ÖZMEN
- Charmonium için potansiyel model
Potential model for charmonrum
EMİN ÖZTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN AKÇAY
- One-loop structure of non-line ar sigma models in symmetric spaces
Başlık çevirisi yok
YUSUF İPEKOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
1988
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. NAMIK K. PAK